基于FPGA的微波炉控制器系统的设计(1)

该 微 波 炉 具 有 解 冻 、烹 调 和 烧 烤 三 种 不 同 的 功 能 ，而 功 率 调 整的控制方法是通过对磁控管间歇通电来实现的。通电时间以
图 ２ 主程序流程图 ３ 微波炉控制器芯片的设计
由图 １ 的微波炉结构框图可以看出，控制器芯片是整个系 统的核心，该芯片的输入输出信号已有明确的定义：
计时控制模块是整个微波炉控制器芯片的核心模块，负责 完成烹饪过程中的时间递减计数，还提供烹饪完成时的状态信 号 ｆｉｎｉｓｈ 使控制状态机进入复位状态，完成信号 ｆｉｎｉｓｈ 还能控制 扬声器发出音乐提示烹调完毕。同时该模块也能产生控制信号 ｊ１ 来控制磁控管的间歇通电，以实现微波炉解冻、加热和烧烤的 不同功能。 ４ 芯片的编译与测试
单“ＭＡＸ ＋ ｐｌｕｓＩＩ”—＞“ｓｉｍｕｌａｔｏｒ”，启 动 仿 真 操 作 ，结 束 后 观 察 仿 真波形如图 ４ 所示。
图 ４ 仿真波形 从仿真波形中可以看出，该芯片较好地实现了微波炉控制 器 系 统 的 各 项 功 能 。为 了 进 一 步 验 证 所 设 计 电 路 的 正 确 性 ，最 后 将程序下载到 ＦＰＧＡ 芯片中进行硬件测试。连接硬件系统后，选 择“ＭＡＸ ＋ ｐｌｕｓＩＩ”—＞“ｐｒｏｇｒａｍｍｅｒ”菜 单 ， 调 出 编 程 器 （ｐｒｏｇｒａｍ－ ｍｅｒ） 窗口。一切就绪后，按下编程器窗口中的“ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ”按钮，设 计的内 容 就 下 载 到 芯 片 ＥＰＦ１０Ｋ１０ＬＣ８４－ ３ 中 去 。 通 过 测 试， 该 微 波 炉 控 制 系 统 工 作 正 常 ，基 本 上 达 到 了 预 期 的 设 计 要 求 。 ５ 结论 应用 ＦＰＧＡ 芯片 和 ＶＨＤＬ 设 计 的 微 波 炉 控 制 器 系 统， 硬 件 电路简单，开发周期短，成本低，同时也能提高系统的可靠性和精 度 ，并 使 系 统 更 加 灵 活 ，便 于 修 改 。
为了便于描述，将整个微波炉控制器芯片的结构分成 ６ 大 子 模 块 ：时 钟 产 生 模 块 、控 制 状 态 机 模 块 、控 制 逻 辑 模 块 、计 时 控 制 模 块 、数 据 译 码 模 块 和 显 示 控 制 模 块 。篇 幅 有 限 这 里 只 介 绍 几 个主要模块。 ３．１ 时钟产生模块
ＡＳＰ．ＮＥＴ 技术实现，并在 ｗｉｎｄｏｗ２００３ 及 ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ２０００ 环境下 测试通过的。达到了预期的目的。 结束语
随着 ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ 数据库管理系统功能的不断增强、性能不 断完善，将各类数据完全由数据库管理系统统一存储和管理已 成 为 可 能 。只 有 利 用 数 据 库 对 各 种 数 据 进 行 管 理 ，数 据 的 安 全 性 才 能 得 到 充 分 的 保 障 ，并 使 得 诸 如 数 据 检 索 、复 制 、备 份 等 工 作 变得非常简单容易。
图 ３ 最顶层的图形 编 译 成 功 后 由 于 本 设 计 中 时 钟 信 号 频 率 跨 度 较 大 ，从 １０ＭＨｚ 到 １Ｈｚ，为了进行整体波形仿真，将时钟信号作适当减小 后 进 行 仿 真 。首 先 建 立 波 形 文 件 ，波 形 文 件 建 好 并 存 盘 后 ，选 择 菜
参考文献： ［１］ 黄正瑾，徐 坚． ＣＰＬＤ 系统设计技术入门与应用［Ｍ］ ． 电子工业出
【关键词】 ＦＰＧＡ；ＶＨＤＬ；微波炉；状态图
１ 引言 随着人民生活水平的提高，微波炉开始进入越来越多的家
庭，它给人们的生活带来了极大的方便。微波炉由 ２４５０ＭＨｚ的 超 高 频 来 加 热 食 物 。它 省 时 、省 电 、方 便 和 卫 生 ，作 为 现 代 的 烹 饪 工 具 ，微 波 炉 的 控 制 器 体 现 着 它 的 重 要 性 能 指 标 。目 前 大 部 分 微 波炉控制器采用单片机进行设计，电路比较复杂，性能不够灵 活。本文采用先进的 ＥＤＡ 技术，利用 ＭＡＸ＋ｐｌｕｓＩＩ 工作 平 台 和 ＶＨＤＬ 设计语言，设计了一种新型的微波炉控制器芯片，该 芯 片 具有系统复位、时间设定和烹饪计时的功能，用一片 ＦＰＧＡ 芯片 实现。 ２ 微波炉的总体结构及功能
Ｅｎｄ Ｓｕｂ
在 上 面 的 代 码 中 首 先 打 开 数 据 库 ， 并 通 过 ＳＱＬＤａｔａＲｅａｄｅｒ 对象在数据库中获取 ｉｍａｇｅｓ；在输出时，必须设置 Ｒｅｓｐｏｎｓｅ．ｃｏｎ－ ｔｅｎｔＴｙｐｅ 的 类 型 跟 图 片 的 类 型 一 致 。 并 且 用 Ｒｅｓｐｏｎｓｅ．Ｂｉｎａｒｙ－ Ｗｒｉｔｅ 代 替 Ｒｅｓｐｏｎｓｅ．Ｗｒｉｔｅ 来 显 示 ｉｍａｇｅ 文 件 。 以 上 代 码 利 用
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福建电脑
２００５年第 １２ 期
基于 ＦＰ ＧＡ 的微波炉控制器系统的设计
高绘玲 赵卫东 张秀娟 倪 倩 张建立
（山东科技大学 信息科学与工程学院 山东 青岛 ２６６５１０）
【摘 要】 本文介绍了应用 ＦＰＧＡ 芯片和硬件描述语言（ＶＨＤＬ）设计微波炉控制器系统的方法，系统用 ＶＨＤＬ 编 程 实 现 各 底 层 模 块 的 功 能 ，顶 层 设 计 用 图 形 输 入 完 成 。 文 章 着 重 讲 述 了 模 块 化 设 计 思 想 和 状 态 图 描 述 方 法 在 硬 件 描 述 语言中的应用，并展示了其在 ＭＡＸ＋ ｐｌｕｓＩＩ 下的部分仿真结果，体现了硬件描述语言在电子设计自动化（ＥＤＡ）中的方便 应用。
时 钟 输 入 信 号—ｃｌｋ；复 位 信 号 —ｒｅｓｅｔ；时 间 设 定 信 号—ｓｅｔ； 加 信 号 —ａｄｄ；功 能 选 择 信 号 —解 冻 ｕｎｆｒｅｅｚｅ、烹 调 ｃｏｏｋ 和 烧 烤 ｂａｒｂｅｃｕｅ；ＬＥＤ 段 码 输 出 —ｑ［７．．０］；ＬＥＤ 位 码 输 出 —ｄｉｓ４［３．．０］；扬 声器控制信号输出—ｆｉｎｉｓｈ 和继电器控制信号输出—ｊ１。
时钟模块 的 输 入 信 号 是 １０ＭＨｚ的 时 钟 信 号 ；主 要 产 生 １Ｈｚ 用 于 定 时 计 数 、４Ｈｚ用 于 时 间 设 定 时 ＬＥＤ 闪 烁 和 １ＫＨｚ用 于 ＬＥＤ扫 描 的 输 出 信 号 。 ３．２ 控制逻辑模块
２００５年第 １２ 期
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该 模 块 完 成 微 波 炉 的 系 统 逻 辑 控 制 ，包 括 时 间 的 设 定 、时 间 设定过程中 ＬＥＤ 位的闪烁、显示扫描的逻辑控制，还有 解 冻 、烹 调和烧烤状态信号的保持。因系统中所使用的按键为开关式按 键 ，按 键 按 下 时 产 生 有 效 信 号 ，抬 起 后 有 效 信 号 消 失 ，故 分 别 用 状态信号 ｕｎｆｒｅｅｚｅｏ、ｃｏｏｋｏ 和 ｂａｒｂｅｃｕｅｏ 来标志解冻、烹调和烧烤 状态。 ３．３ 计时控制模块
当 各 小 模 块 分 别 编 译 成 功 后 ，则 创 建 一 个 个 元 件 符 号 。再 用 图形编辑器将各元件模块组装起来， 这就是本设计中的最顶层 的图形设计文件（如图 ３ 所示） 。然后选择用于编程的目标芯片， 这里用的是 ａｌｔｅｒａ 公司的 ＥＰＦ１０Ｋ１０ＬＣ８４－ ３。 接 着，确 定 各 输 入 输出的引脚。设定完后就可以进行编译了。
微波炉的系统结构框图如图 １ 所示：
２７ｓ 为 一 个 单 元 ，解 冻 是 每 ２７ｓ 通 电 ３ｓ，断 电 ２４ｓ；烹 调 是 第 ２７ｓ 通电 １５ｓ，断电 １２ｓ；烧烤是每停 止 工 作 。
该微波炉控制系统的功能为：上电后系统首先处于复位状 态，此时数码管显示 ００．００。在工作时首先按 ｓｅｔ 键设置烹调时 间 ，第 一 次 按 ｓｅｔ 键 时 设 置 秒 个 位 ，通 过 按 ａｄｄ 键 对 秒 个 位 循 环 加 １；第 二 次 按 ｓｅｔ 键 时 设 置 秒 十 位 ；依 次 类 推 分 别 设 置 分 个 位 和 分 十 位 ，设 置 某 个 数 位 时 该 数 位 对 应 的 ＬＥＤ 闪 烁（假 设 系 统 最长的设置时间是 ５９ 分 ５９ 秒）。然后按下解冻 ｕｎｆｒｅｅｚｅ 或烹调 ｃｏｏｋ 或烧烤 ｂａｒｂｅｃｕｅ 键选择相应的烹调功率，在按 ｓｔａｒｔ 键 后 系 统进入烹饪状态，此时 ４ 个 ７ 段数码管每隔一秒变化一次，用于 刷新还剩多少时间结束烹饪。烹饪结束后，输出完成信号 ｆｉｎｉｓｈ， 扬 声 器 发 出 音 乐 提 示 烹 调 完 毕 ，然 后 系 统 回 到 复 位 状 态 。系 统 可 以通过 ｒｅｓｅｔ 键随时回到复位状态。其主程序流程图 ２ 如下：
航 空 航 天 大 学 出 版 社 ，２００３．
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（上接第 １３２ 页）
ｃｏｎｎ．Ｃｌｏｓｅ（） Ｅｎｄ Ｓｕｂ
４． 从数据库中输出图片 上面完成了将图片存储到数据库的操作。当需要显示图片 时 ，怎 样 从 数 据 库 中 取 出 呢 ？ 下 面 是 有 关 代 码 ：
开关 ｋ１、ｋ２ 受控 于 微 波 炉 门 ， 炉 门 打 开 时 ，ｋ１、ｋ２ 断 开 ；炉 门闭合时，ｋ１、ｋ２ 闭合。为了避免微 波 泄 漏 ，正 常 加 热 过 程 中 不 允许开门。若在加热过程中炉 门 被 打 开 ，ｋ１、ｋ２ 立 即 断 开 ，磁 控 管停止发射微波即停止工作。
当 ｊ１ 为 １ 时，继电器 ｊｊ 接通，高压发生器接通 ２２０Ｖ 向磁控 管提供电源，磁控管产生微波烹饪（照射）食物。当 ｊ１ 为 ０ 时 ，ｊｊ 断 开 ，磁 控 管 停 止 工 作 。
从 图 中 可 以 看 到 ，该 系 统 由 按 键 输 入 电 路 、消 抖 同 步 电 路 、 时钟脉冲发生器、７ 段 ＬＥＤ 显示器和控制器芯片组成。控制器芯 片是整个系统的控制核心， 它负责接收其它模块传来的输入信 号，再根据系统的功能产生相应的输出信号送到 ＬＥＤ 显示模块， 产生相应的控制信号给蜂鸣器和继电器。消抖同步电路用来消 去开关电平抖动现象并提供同步信号。时钟输入端是由外部时 钟发生器的输出提供的，本设计采用 １０ＭＨｚ 的脉冲输入。４ 位显 示器要采用 ４ 个 ７ 段带点共阴极的 ＬＥＤ 数码管，分 别 表 示 分 和 秒 ，控 制 器 芯 片 的 ８ 条 ｓｅｇｍｅｎｔ： ｑ［７．．０］输 出 线 与 ＬＥＤ 的 对 应 段 相连。控制芯片的 ４ 条 ｃｏｍｍｏｎ： ｄｉｓ［３．．０］输出线分别接到各个 ＬＥＤ， 用 来 选 择 显 示 的 ＬＥＤ。Ｃｏｍｍｏｎ 以 １６６Ｈｚ的 频 率 使 ４ 个 ＬＥＤ 按次序循环点亮，从而可以得到人眼观察无闪烁的稳定的 显示输出。